江蘇泰來機械科技有限公司
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第 38 卷 1 期 第 船海工程 Vol. 38 . 1 No 2009 年 2 月 SH IP & OCEAN EN GIN EERIN G Feb. 2009 DO I :10. 3963/ j. issn. 167127953. 2009. 01. 006 則” 的使用 、 說明了它的意義 。 一種確定蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)向關(guān)系的簡易方法 李香琪 ( 青島遠洋船員學(xué)院機電系 ,山東 青島 266071) 摘 : 在蝸桿傳動中 ,蝸桿軸與蝸輪軸交錯成 90° ,兩軸之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系符合一定的規(guī)律 。本文從蝸 要 角 桿傳動的受力分析角度出發(fā) ,得出了確定蝸輪蝸桿之間轉(zhuǎn)向關(guān)系的簡易方法 —— —“反手法則”分析了 , “反手法 關(guān)鍵詞 : 蝸桿傳動 ; 主動輪左 ( 右) 手法則 ; 反手法則 中圖分類號 : T H132. 4 文獻標志碼 :B 文章編號 :167127953 ( 2009) 0120022203 Key words : worm drive ,left (right) hand rule of actio n wheel ,backhand law L I Xiang2qi A Simple Method J udging the Rotation between Worm and Worm Gear (Depart ment of Marine Engineering , Qingdao Ocean Shipping Mariners College ,Qingdao266071 ,China) Abstract : In worm drive , t he worm shaft and worm gear axle crisscro ss to beco me 90°angles in space , t here are so me rule between t heir rotation. This paper analyses t he acting force in worm drive ,and find o ut a simple met hod which can be used to judge t he rotation between wo rm and wo rm gear. The met hod is called “backhand law” t he use of“backhand law” also discussed in t his paper. , is 蝸桿傳動是工業(yè)中常用的機械傳動之一 , 它 由蝸桿與蝸輪組成 , 用于傳遞空間兩交錯軸之間 的運動和動力 , 一般兩軸交錯角為 90° 。蝸桿傳 動具有傳動比大 、 、 省力 自鎖性好的特點 ,在機床 、 汽車 、 儀器 、 冶金機械及起重機械中得到廣泛應(yīng) 用 。通常蝸桿為主動件 、 蝸輪是從動件 ,當已知其 中一個軸的回轉(zhuǎn)方向時 , 需要確定另一個軸的轉(zhuǎn) 動方向 ,本文通過對蝸桿蝸輪之間的相互作用力 分析 , 找出了確定它們之間轉(zhuǎn)向關(guān)系的簡易方 法 —— — 反手法則 。 形狀似梯形螺紋 , 蝸輪的形狀似一具有特殊形狀 的斜齒輪[ 2 ] ; 所以普通蝸桿傳動就其本質(zhì)來說 ,仍 可看作是一對斜齒輪傳動[ 1 ] , 蝸桿傳動的受力分 析與斜齒圓柱齒輪相似 。 為簡化問題 ,忽略嚙合齒面間的摩擦力 ,并把 蝸輪輪齒和蝸桿螺旋面之間的相互作用力集中于 節(jié)點 P 、 按單齒對嚙合考慮進行受力分析 。由斜 齒輪的受力分析可知 , 嚙合面間作用著的法向力 Fn 可以分解為三個互相垂直的分力 , 即 : 徑向力 [3 Fr 、 圓周力 Ft 和軸向力 Fa 。] 由于蝸桿與蝸輪軸 1 蝸桿傳動的受力分析 交錯成 90° ,根據(jù)作用與反作用的原理 , 蝸桿的 角 圓周力 Ft1 與蝸輪的軸向力 Fa2 、 蝸桿的軸向力 Fa1 與蝸輪的圓周力 Ft2 、 蝸桿的徑向力 Fr1 與蝸輪的 徑向力 Fr2 分別存在著大小相等 、 方向相反的關(guān) 系 ,即蝸桿與蝸輪的三對分力之間的對應(yīng)關(guān)系為 : ( 圓周力) Ft1 = 2 Fa2 式中 2” “ 號表示力的方向相反 。 蝸桿 ( 軸向力) Fa1 = 2 Ft2 蝸輪 ( 徑向力) Fr1 = 2 Fr2 要確定蝸輪與蝸桿之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系 , 首先必 須清楚兩者間的作用力關(guān)系 , 要掌握蝸桿傳動受 力分析的基本原理 。對普通蝸桿傳動來說 ( 阿基 米德蝸桿 、 漸開線蝸桿 ) , 完全可看作是斜齒輪 螺旋傳動 - 蝸桿傳動演變而得到的 [ 1 ] , 因為蝸桿 收稿日期 :2008212211 修回日期 :2008212231 作者簡介 : 李香琪 (1971 - ) ,女 ,講師 。 研究方向 : 機械設(shè)計 ,熱處理 。 E mail :lixiangqi @co scoqmc. com. cn 2 分力的方向分別是 : 徑向力 Fr1 、 r2 分別指向 F 各自的輪心 ; 圓周力遵循 “主反從同” 的規(guī)律 ,即主 動件蝸桿的圓周力 F t1 的方向與其轉(zhuǎn)向相反 、 從 22 一種確定蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)向關(guān)系的簡易方法 —— — 李香琪 動件蝸輪圓周力 Ft2 的方向與其轉(zhuǎn)向相同 。蝸桿 軸向力 Fa1 由 “主動輪左 ( 右) 手法則” 判定 ,即左旋 蝸桿用左手 、 右旋蝸桿用右手 ,彎曲的四指代表蝸 桿的回轉(zhuǎn)方向 ,大姆指的指向即為蝸桿的軸向力 Fa1 的方向 ( 如圖 1 所示 ) ; 蝸輪軸向力 Fa2 則根據(jù) 蝸桿圓周力 Ft1 的方向來確定 。 蝸桿傳動的受力分析通常用兩個視圖來表明 三對分力之間的關(guān)系 。如圖 2 中 a ) 所示的蝸桿 傳動以蝸桿為主動件 ,已知蝸桿的轉(zhuǎn)向 ,要求在圖 上標出蝸輪的轉(zhuǎn)向及蝸桿 、 蝸輪所受各分力的方 向。 和轉(zhuǎn)向 ,要判斷蝸輪的轉(zhuǎn)向 , 首先應(yīng)根據(jù) “主動輪 左 ( 右) 手法則” 判定出蝸桿軸向力的方向 ,再根據(jù) 力的對應(yīng)關(guān)系及圓周力 “主反從同” 的規(guī)律 , 就可 以知道蝸輪在嚙合點處的速度方向是蝸桿軸向力 的反方向 。簡單地說 , 在這種情況下 “大拇指的 , 反方向就是嚙合點處蝸輪的速度方向” 。 如果把 “左 ( 右 ) 手法則” 反過來使用 , 即左旋 蝸桿用右手 ,右旋蝸桿用左手 ,四指與蝸桿轉(zhuǎn)向一 致 ,那么根據(jù)相對運動原理 ,大拇指的指向就是蝸 輪圓周力的方向 ,反方向才是蝸桿軸向力的方向 ; 這個方法可以稱為 “反手法則” 。不難知道 ,在 “反 手法則” “大拇指的指向就是嚙合點處蝸輪的 下, 速度方向” 。如果僅僅要判斷蝸輪與蝸桿之間的 轉(zhuǎn)向關(guān)系 ,利用 “反手法則” 尤為方便 。 2 “反手法則” 的應(yīng)用 在 “反手法則” ,四指代表蝸桿的速度方向 , 下 大拇指代表蝸輪的速度方向 , 用它來判斷蝸輪蝸 桿之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系很方便 , 也就是要確定大拇指 與其它四指之間的指向關(guān)系 。 圖 3a ) 中 ,已知蝸桿旋向及轉(zhuǎn)向 , 判斷蝸輪轉(zhuǎn) 圖1 主動輪左( 右) 手法則 向 。分析 : 由圖知是右旋蝸桿 , 因而根據(jù)反手法 則 ,使用左手判斷 , 四指與蝸桿轉(zhuǎn)向一致 , 大拇指 指向即為蝸輪嚙合點處的速度方向 , 轉(zhuǎn)向表示如 圖 b) 所示 。 如果是已知蝸輪轉(zhuǎn)向 ,要確定蝸桿的轉(zhuǎn)向 ,反 手法則同樣適用 。在這種情況下 , 因為已知蝸輪 轉(zhuǎn)向 n2 , 所以首先可確定蝸輪圓周力 Ft2 與蝸桿 軸向力 Fa1 的方向 , 再根據(jù)蝸桿軸向力方向 , 即可 判斷出蝸桿的轉(zhuǎn)向 ; 相當于是已知大拇指的指向 , 要確定四指的方向 。 如圖 4a ) 中 ,已知蝸桿旋向及蝸輪轉(zhuǎn)向 , 要判 斷蝸桿的轉(zhuǎn)向 。分析 : 由圖知是右旋蝸桿 ,根據(jù)反 手法則 ,左手五指伸開 ,大拇指指向與蝸輪嚙合點 處的速度方向一致 , 則四指的指向就是蝸桿的運 動方向 ,轉(zhuǎn)向表示如圖 b) 所示 。 根據(jù)蝸桿傳動的受力情況 ,分析步驟如下 :1) 蝸桿徑向力 Fr1 、 蝸輪徑向力 Fr2 分別指向各自的 輪心 ;2) 已知蝸桿轉(zhuǎn)向 , 因而可確定蝸桿圓周力 Ft1 的方向與其轉(zhuǎn)向 n1 相反 , Ft1 的反方向即為蝸 輪軸向力 Fa2 的方向 ; 3 ) 判定蝸桿軸向力 Fa1 及蝸 輪圓周力 Ft2 的方向 , 從而就可確定蝸輪的轉(zhuǎn)向 。 由圖可知蝸桿旋向為左旋 ,根據(jù) “主動輪左 ( 右) 手 法則”用左手判斷 ,四指順著蝸桿轉(zhuǎn)動方向 ,這時 , 大拇指指向紙面的右側(cè)即為蝸桿軸向力 Fa1 方向 , 因而指向左側(cè)的就是蝸輪圓周力 Ft2 的方向 ,這說 明蝸輪嚙合點處的瞬時速度方向向左 , 因而從整 體看 ,蝸輪沿逆時針轉(zhuǎn)動 ; 表示方法如圖 b) 所示 。 圖2 蝸桿傳動的受力分析 由上面的分析過程可以看出 , 已知蝸桿旋向 圖4 判斷蝸桿的轉(zhuǎn)向 23 期 船 海 工 程 第 38 卷 由前文的分析知道 , 運用 “反手法則” 來確定 蝸輪蝸桿之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系 ,方法歸納如下 : 1 ) 已知蝸桿轉(zhuǎn)向 , 求蝸輪轉(zhuǎn)向 。左旋蝸桿蝸 輪用右手 ,右旋蝸桿蝸輪用左手 ,四指與蝸桿轉(zhuǎn)向 一致 ,大拇指指向就是蝸輪嚙合點處的速度方向 ; 2 ) 已知蝸輪轉(zhuǎn)向 , 求蝸桿轉(zhuǎn)向 。左旋蝸桿蝸 輪用右手 ,右旋蝸桿蝸輪用左手 ,大拇指與蝸輪嚙 合點處的速度方向一致 , 四指指向就是蝸桿運動 方向 。 可以看出 , 這兩種情況的分析原理 、 方法相 同 ,只不過順序不同 。 ( 右) 手法則” 的原理 ; 二要能夠正確地判斷出蝸桿 蝸輪的旋向 。熟練掌握了 “反手法則”不僅能幫 , 助我們輕而易舉地判斷出蝸輪或蝸桿的轉(zhuǎn)動方 向 ,而且還能讓我們通過蝸輪蝸桿之間的轉(zhuǎn)向關(guān) 系反過來判斷出它們的旋向 , 這一點在減速器中 有實際意義 ,我們能夠通過兩軸間的轉(zhuǎn)向關(guān)系知 道蝸桿蝸輪或斜齒輪的旋向 。 參考文獻 [ 1 ] 楊元鳳 . 機械設(shè)計課程教學(xué)方法研究與實踐 [J ] . 沈 陽工程學(xué)院學(xué)報 ,2006 ,2 ( 1) :97 - 99. [ 2 ] 郭祖平 . 輪機工程基礎(chǔ) [ M ] . 大連 : 大連海事大學(xué)出版 3 結(jié)語 “反手法則” 的基本原理仍然是 “主動輪左 ( 右) 手法則” 的內(nèi)容 ,要正確 、 熟練地運用 “反手法 則”關(guān)鍵在于兩點 : 一要從根本上掌握 , “主動輪左 ( 上接第 17 頁) [ 8 ] Lee - Part ridge J . E , Info rmationtechnology manage2 ment : t he case of t he Po rt of Singapo re. Aut ho rity ume :9 ,Issue : L ,March ,2000. [ 9 ] 李新成 ,楊公訓(xùn) ,鄒恒義等 . WEB GIS 技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用 社 ,2000. [ 3 ] 陳立德 . 機械設(shè)計基礎(chǔ) [ M ] . 北京 : 高等教育出版社 , 2004. [ 10 ] 杜 . 一個港口業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [J ] . 交通 新 [ 11 ] 楊洪芹 . 一個輪駁調(diào)度管理系統(tǒng) [J ]. 交通與計算機 , 1996 ,12 ,14 (6) :39243. 24 [J ]. Joumal of Stlategie Informatio n Systems. Vol2 [J ] . 現(xiàn)代電子技術(shù) ,2004 ,10 ( 177) :36238. 與計算機 ,2000 ,1 (18) :43245.
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